DAOrayaki |NASA的月球门户(Gateway):环绕月球的永久空间站计划

Gateway将是一个围绕月球轨道的多模块空间站。它将作为访问月球表面的中转站,提供一个轨道平台,从那里对月球进行远程观测,并提供实验室来分析月球岩石或进行其他科学研究。

DAOrayaki |NASA的月球门户(Gateway):环绕月球的永久空间站计划

Gateway将是一个围绕月球轨道的多模块空间站。它将作为访问月球表面的中转站,提供一个轨道平台,从那里对月球进行远程观测,并提供实验室来分析月球岩石或进行其他科学研究。

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资助地址:  DAOrayaki.eth

投票进展:DAO Reviewer  1/0 通 过

赏金总量:55 USD

研究种类:Space Exploration, Moon Station, NASA

原文作者:   Stuart Clark

创作者:hahaho@DAOrayaki.org

审核者:skyh@DAOrayaki.org

原文:  NASA's Lunar Gateway: The plans for a permanent space station that will orbit the Moon

2022年,在NASA与其合作伙伴的共同努力下,人类重返月球的旅程将迈出重要的一步:在地球的天然卫星——月球,建立一个前哨基地。

如果一切按计划进行,在2022年内,NASA的太空发射系统火箭(SLS)将在佛罗里达州卡纳维拉尔角,进行首次飞行。这个巨大的SLS火箭,高达111.25米,暂定于2月后发射(可能要到夏天),并将发送一个不载人的太空舱,执行绕过月球远端再返回的测试任务。它被称为阿特米斯1号(Artemis 1),将真正标志着人类重返月球的开始。

计划于2024年5月进行的Artemis 2任务将重复Artemis 1的旅程,但这次将有一组宇航员。在围绕月球的循环旅程中,他们将比以往任何宇航员都要走得更远。然后是大事件:Artemis 3,它将承载下一批宇航员登陆月球。

在这些任务间隙将有一连串的其他发射,以确保宇航员在到达月球轨道时更好的完成任务。而Artemis计划成功的关键是Gateway月球空间站。

Gateway将是一个围绕月球轨道的多模块空间站。它将作为访问月球表面的中转站,提供一个轨道平台,从那里对月球进行远程观测,并提供实验室来分析月球岩石或进行其他科学研究。这是美国、十个欧洲国家、加拿大和日本之间国际努力的成果。

这可能听起来像科幻小说,但它是真实的,而且非常酷...

科技

© NASA/Alberto Bertolin

Gateway将作为访问月球的宇航员的临时住所和工作空间,就像国际空间站与访问低地球轨道的宇航员的关系。在最初探索月球的过程中,宇航员将在Gateway上生活长达三个月,偶尔下到月球表面进行科学研究或测试设备,以便在月球表面建立一个永久基地。

目前在Gateway进行的两项实验分别是,由欧洲航天局(ESA)提供的辐射监测器和空间天气仪器套件。辐射监测器将帮助宇航员免受太空中可能遇到的危险辐射。空间天气仪器套件也与此有关,它将测量太阳在爆发期间(称为日冕物质抛射)释放的粒子的强度。

但旅程的重点将是发展本地资源利用技术。这意味着利用月球上的资源来制造宇航员需要的东西,例如,水、氧气、火箭燃料和建筑材料都可以从月球表面或表面下方的材料中提取制造。

模块

Gateway的HALO模块由诺斯罗普·格鲁曼(Northrop Grumman)公司提供 © Thales Alenia Space

尽管Gateway比国际空间站(ISS)小,但仍无法用一枚火箭整个发射。好在它由一些模块组成,而这些模块将在一系列的发射中被放置在月球周围。

其核心是美国Maxar技术公司正在开发的动力和推进元件。该模块使用太阳能电池板来发电。它还可以使用 "太阳能电力推进 "装置(或离子引擎)将电力转化为推进力,使空间站进入不同轨道。

居住和后勤前哨(HALO)模块由Northrop Grumman公司提供。这将是第一个可供宇航员居住的模块,它还包括用于搭载宇航员的猎户座飞船的对接端口。

这两个模块共同构成了一个可行的初始站。虽然它们最初计划分开发射,然后在太空中对接,但NASA现在将把这两个模块固定在一起一次性发射,计划于2024年11月由SpaceX猎鹰重型火箭发射。

由欧空局提供的模块也将很快加入这些将用于Artemis 3登月任务的Gateway配置中。欧洲是Gateway和Artemis任务的一个主要贡献者。特别是意大利,在空间站设计和制造方面有着深厚经验。国际空间站上大约一半的加压模块是由都灵的Thales Alenia航天公司提供的。

"这是一笔伟大的遗产。"来自莱昂纳多(Leonardo)公司的空间活动协调员Luigi Pasquali说,这家意大利公司联合拥有Thales Alenia空间公司。它使该公司赢得了为Gateway提供若干模块的合同。

首先将是欧洲燃料提供、基础设施和电信系统(ESPRIT)。这将由两部分组成,第一部分是空间站的月球通信系统。由于它是一个重要组件,所以它被提前制造,并将安装在HALO模块上,于2024年发射。ESPRIT的第二部分将包含额外的燃料箱,一个带窗的居住走廊和对接端口,计划于2027年发射。

此外,Thales公司还将提供国际居住舱(I-HAB),该舱将包含一个由日本提供的生命支持系统。最后,加拿大正在生产一个8.5米长的机械臂,这与该国为国际空间站和航天飞机(Space Shuttle)计划提供的机械臂类似。

门户(The Gateway)

© NASA/Alberto Bertolin

飞船

在NASA的装配大楼中的太空发射系统 (SLS) 火箭© NASA/KSC

当然,如果没有办法把宇航员送到月球上,只拥有一个围绕月球运行的空间站是没有用的。这也是 "猎户座 "多用途乘员舱的意义所在。乘员舱由美国Lockheed Martin公司提供,可容纳多达六名宇航员,但航天器的核心是位于乘员舱后面的欧洲服务舱(ESM)。

欧洲Airbus公司负责ESM的工业经理Siân Cleaver说:"ESM提供宇航员生活所需的一切。"

ESM基于同样由Airbus公司制造的自动转移车(ATV)。ATV是欧洲航天局对国际空间站的贡献之一,它在低地球轨道上运送货物并往返于该设施。然而,要把它改造成ESM并把它送到月球,需要做的还有很多。

“它的底部有一个巨大的主引擎,”Cleaver说。

第一个ESM已经放在了太空发射系统火箭的顶部,为2022年的Artemis 1任务做准备。第二个已被运往佛罗里达,以便与乘员舱配对。这将是第一个在Artemis 2任务中搭载宇航员的猎户座火箭,Cleaver和同事们正在研究第三个ESM,它将在宇航员下降到月球表面之前,将他们带到Gateway。

"这是令人心动的,我感到很幸运,在载人航天领域工作一直是我的梦想。”Cleaver说。

Artemis 3的宇航员将在SpaceX星际飞船内穿梭到月球表面,同时NASA正开发一个较小的月球登陆器,以执行更多往返月球表面的常规任务。

宇航服

NASA工程师Kristine Davis在2019年的揭幕仪式上身着xEMU套装©Alamy

在月球上行走时,一套宇航服是必不可少的。宇航服一直在不断发展,为宇航员提供他们需要的保护和实用性。对于Artemis登月的任务来说,防护水平必须提升到一个全新的水平。

如果你不把宇航服看成是一件衣服,而是看成是一个灵活的航天器,你就会更能看清宇航服的本质。除此之外,它应该尽可能少地妨碍宇航员的行动。

NASA正在设计探索舱外机动装置(xEMU)。宇航服中移动性的一个大问题是内部空气的压力。当宇航员弯曲肢体时,它会压缩材料并减少宇航服内部的体积,导致气压增加,从而妨碍宇航员的运动。

在关节处使用轴承而不是可压缩织物有助于解决这个问题。尼尔-阿姆斯特朗和巴兹-奥尔德林1969年登月时穿的阿波罗宇航服只在手臂上使用轴承,而xEMU将在手臂、腰部、臀部、大腿和脚踝关节处使用轴承。这套衣服还将让宇航员改变气压,允许他们减少气压以便跪下。

总而言之,新的创新应该为宇航员提供更大的灵活性和更舒适的工作环境。它甚至应该能让他们比阿波罗宇航员更正常地行走,阿波罗宇航员由于月球重力低,加上宇航服的不灵活,形成了一种独特的蹒跚步态。

位置

Gateway将在一个大椭圆轨道上围绕月球运行,这将使它跨越月球的南北两极。需要近七天的时间来完成一个轨道环绕。最远的时候它将距离月球7万公里,然后慢慢地接近到3000公里以内。

这个轨道让着陆月球极地地区的可行性,特别是南极,那里被认为有丰富的冰矿。它还提供了与地球进行通信的良好可能性,因为这意味着Gateway在地球视线中被遮挡的时间非常少。

未来

希望Gateway能帮助我们研究和使用月球表面的资源©NASA/Alberto Bertolin

Pasquali说:“Gateway要做的第一件事是使在月球上建立一个永久基地变得容易,Gateway在某些方向(例如在月球表面大规模发展)具有巨大战略作用。

这是因为它将提供一个稳定、安全的操作基地,从那里逐步开发设备和基础设施,使月球基地成为现实。

"我知道这可能有点俗气,每当我看着月球,我总以为我们很快就要到那里了。然后第二天看着无尘室里的航天器,好吧,起码我们有一个明确的目标。”Cleaver说。

且与20世纪70年代对月球探索的缩减不同,这一次是以长期的目标来进行的。2021年11月,NASA证实,除了Artemis 3登月之外,他们正制定一个可持续的计划,构想至少再对月球表面进行10次访问。

除此之外,火星也在向我们招手。这就是为什么猎户座飞船被称为多用途载人飞船的原因之一,以表明它除了往返月球之外还有其他用途。

由于远在地球磁场的保护范围之外,Gateway还能全面评估深空辐射对宇航员健康的影响。这方面的知识对于前往火星的旅程至关重要,因为火星的深空巡航时间至少为九个月。

简而言之,Gateway对所有未来的探索都至关重要。历史可能会把它看成是人类探索整个太阳系的门户(the gateway),而不仅仅是让我们到月球上。


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